第二节 研究有机化合物的一般方法
第1课时 有机化合物的分离、提纯
基础过关练
题组一 蒸馏
1.在蒸馏实验中,下列叙述不正确的是( )
A.在蒸馏烧瓶中放入少量碎瓷片,防止液体暴沸
B.将温度计水银球放在蒸馏烧瓶支管口处
C.冷水从冷凝管下口入上口出
D.蒸馏烧瓶不用垫陶土网,可直接加热
2.实验室可通过蒸馏石油得到多种沸点不同的馏分,装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A.沸点较低的汽油比沸点较高的柴油先馏出
B.蒸馏烧瓶中放入碎瓷片,可防止蒸馏时发生暴沸
C.冷凝管中的冷凝水应该从a口进b口出
D.温度计水银球位于蒸馏烧瓶支管口处
3.(2021黑龙江哈尔滨师大附中期中)现有一瓶乙二醇和丙三醇的混合物,已知它们的性质如下表。据此,将乙二醇和丙三醇相互分离的最佳方法是( )
熔点 沸点 密度 溶解性
乙二醇 -11.5 ℃ 198 ℃ 1.11 g·cm-3 跟水以任意比例互溶
丙三醇 17.9 ℃ 290 ℃ 1.26 g·cm-3 跟水以任意比例互溶
A.萃取 B.结晶 C.分液 D.蒸馏
题组二 萃取、分液
4.以下关于萃取、分液操作的叙述中,正确的是( )
A.把混合液体转移至分液漏斗,塞上玻璃塞,如图所示用力振荡
B.振荡几次后需打开分液漏斗上口的玻璃塞放气
C.经几次振荡并放气后,手持分液漏斗静置待液体分层
D.分液时,需先将上口玻璃塞打开或玻璃塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔,再打开活塞
5.下列关于萃取操作的说法正确的是( )
A.从溴水中提取溴,可加入四氯化碳或乙醇作萃取剂
B.萃取操作完成后,静置、分液,先将下层液体从下口放出,然后将上层液体从下口放出
C.用一种有机溶剂提取水溶液中的某物质,静置、分液后,水层应在上层
D.萃取时,所加入的溶剂应与原溶剂不互溶,且与溶质不反应
6.(2021山东临沂期中联考)能用分液漏斗分离的混合物是( )
A.液溴和四氯化碳
B.甘油和乙酸
C.烧碱溶液和乙醇
D.苯和蒸馏水
7.乙酸异戊酯的有关信息如下表所示:
相对分子质量 密度/g·cm-3 沸点/℃ 水溶性
乙酸异戊酯 130 0.867 142 难溶
实验室制备乙酸异戊酯,在洗涤、分液操作中,应充分振荡,然后静置,待分层后操作正确的是( )
A.直接将乙酸异戊酯从分液漏斗上口倒出
B.直接将乙酸异戊酯从分液漏斗下口放出
C.先将水层从分液漏斗的下口放出,再将乙酸异戊酯从下口放出
D.先将水层从分液漏斗的下口放出,再将乙酸异戊酯从上口倒出
题组三 重结晶
8.(2022浙江杭州期中)用重结晶法提纯苯甲酸的实验中,需要用到的仪器是( )
9.下列有关苯甲酸重结晶实验操作的说法正确的是( )
A.粗苯甲酸加热溶解后可以直接趁热过滤
B.趁热过滤时,为了防止苯甲酸结晶,可先将漏斗进行预热
C.趁热过滤后,为了析出更多晶体,热滤液用冰盐水充分冷却,同时缩短结晶的时间
D.温度越低,苯甲酸的溶解度越小,所以温度越低越有利于苯甲酸的重结晶实验
10.某同学拟用重结晶的方法除去某产品的杂质,为此需要选用合适的溶剂。具有下列特点的溶剂中,不可取的是( )
A.产品在溶剂中的溶解度随温度升高而迅速增大
B.在溶剂中产品比杂质更易溶解
C.杂质在溶剂中的溶解度在高温或低温时都很大
D.低温条件下产品在溶剂中极易溶解
11.(2021浙江诸暨二中期中)如图表示物质A在4种溶剂W、X、Y、Z中的溶解度曲线。据此,用重结晶法提纯A时,最宜采用的溶剂是( )
A.W B.X
C.Y D.Z
12.(2021广东广州期末)乙酰苯胺是一种具有解热镇痛作用的白色晶体,某种乙酰苯胺样品中混入了少量氯化钠杂质。
已知:①20 ℃时乙酰苯胺在乙醇中的溶解度为36.9 g;
②氯化钠可分散在乙醇中形成胶体;
③乙酰苯胺在水中的溶解度如下表:
温度/℃ 25 50 80 100
溶解度/g 0.56 0.84 3.5 5.5
下列提纯乙酰苯胺使用的溶剂和操作方法都正确的是( )
A.水 分液 B.乙醇 过滤 C.水 重结晶 D.乙醇 重结晶
能力提升练
题组一 物质分离、提纯方法的选择
1.(2022湖南长沙期中)下列实验中,所采取的分离、提纯方法与对应原理都正确的是( )
选项 目的 分离、提纯方法 原理
A 除去己烷中混有的1-己烯 加溴水,再进行分液操作 1-己烯可以与溴水反应,己烷与溴水不反应
B 除去苯中的对二甲苯 蒸馏 苯与对二甲苯的沸点相差较大
C 除去苯甲酸固体中混有的NaCl 重结晶 NaCl在水中的溶解度很小
D 分离苯和硝基苯 分液 苯的密度比水小,硝基苯的密度比水大
2.(2022湖北名校联盟联考)溴化苄是重要的有机合成工业原料,可由苯甲醇为原料合成,实验原理及装置(夹持、加热装置已略去)如图所示:
+HBr +H2O
相关物质的部分物理性质如表所示(常温常压下):
熔点/℃ 沸点/℃ 密度/g·cm-3 溶解性
-15.3 205.7 1.04 微溶于水
-3.0 199 1.44 不溶于水,易溶于醇
下列有关说法不正确的是( )
A.先加热至反应温度,然后从冷凝管接口b处通水
B.该实验适宜水浴加热
C.浓硫酸作催化剂和吸水剂
D.反应液可按下列步骤分离、提纯:静置→分液→水洗→碱洗→水洗→干燥→减压蒸馏
题组二 有机化合物分离、提纯的综合应用
3.(2021江西九江三中期中)绿原酸具有抗病毒、降血压、抗氧化等作用。利用乙醚、95%乙醇浸泡杜仲干叶,得到提取液,进一步提取绿原酸的流程如下:
已知:常温下,绿原酸难溶于水,易溶于乙醚等有机溶剂。
下列说法错误的是( )
A.从“提取液”获取“有机层”的操作为萃取、分液
B.减压蒸馏时选用球形冷凝管
C.过滤时所需玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒
D.绿原酸粗产品可通过重结晶的方法提纯
4.(2021湖南长沙月考)扁桃酸是一种具有脂溶性的果酸,实验室用如下原理制备:
+
相关数据如表:
物质 状态 熔点/℃ 沸点/℃ 溶解性
扁桃酸 无色透明晶体 119 300 易溶于热水、乙醚和异丙醇
乙醚 无色透明液体 -116.3 34.6 溶于低碳醇、苯、氯仿,微溶于水
苯甲醛 无色液体 -26 179 微溶于水,能与乙醇、乙醚、苯、氯仿等混溶
氯仿 无色液体 -63.5 61.3 易溶于醇、醚、苯,不溶于水
合成扁桃酸的实验步骤:
步骤一:向如图所示的实验装置(加热、搅拌及夹持装置已略去)中加入0.1 mol(约10.1 mL)苯甲醛、0.2 mol(约16 mL)氯仿,慢慢滴入含19 g氢氧化钠的溶液,维持温度在55~60 ℃,搅拌并继续反应1 h,当反应液接近中性时可停止反应。
步骤二:将反应液用200 mL水稀释,每次用20 mL。再用乙醚萃取两次,合并醚层,待回收。
步骤三:水相用50%的硫酸酸化至pH为2~3后,再每次用40 mL乙醚分两次萃取,合并萃取液并加入适量无水硫酸钠,蒸出乙醚,得产品约11.5 g。
请回答下列问题:
(1)图中仪器C的名称是 。
(2)装置B的作用是 。
(3)步骤一中合适的加热方式是 。
(4)步骤二中用乙醚的目的是 。
(5)步骤三中用乙醚的目的是 ;加入适量无水硫酸钠的目的是 。
(6)该实验的产率约为 (保留三位有效数字)。
答案全解全析
基础过关练
1.D 2.C 3.D 4.D 5.D 6.D 7.D 8.D
9.B 10.D 11.D 12.C
1.D A项,通常会在蒸馏烧瓶中加入少量碎瓷片或者沸石,防止液体暴沸,正确;B项,温度计水银球应在蒸馏烧瓶支管口处,测量的是馏分温度,正确;C项,冷凝管水流遵循逆流原理,即冷水从冷凝管下口进入上口流出,这样冷凝效果好,正确;D项,蒸馏烧瓶不能直接加热,需要垫陶土网,错误。
2.C 在蒸馏时,沸点较低的物质先馏出,所以沸点较低的汽油比沸点较高的柴油先馏出,A正确;碎瓷片具有防暴沸作用,所以蒸馏烧瓶中放入碎瓷片可防止蒸馏时发生暴沸,B正确;冷凝管中水采用逆流方式,冷凝效果更好,所以冷凝水应该从b口进a口出,C错误;温度计用来测量馏分温度,则温度计水银球位于蒸馏烧瓶支管口处,D正确。
3.D 根据题表,可知乙二醇和丙三醇是互溶的,且沸点相差比较大,应选择蒸馏法将二者分离。
4.D 一只手压住玻璃塞,一只手握住活塞,把分液漏斗倒转过来振荡,A错误;振荡几次后打开活塞放气,不需打开分液漏斗上口的玻璃塞放气,B错误;将分液漏斗放在铁架台上静置待液体分层,C错误;分液时将分液漏斗上的玻璃塞打开或使塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔,再打开活塞,待下层液体流尽时,关闭活塞,从上口倒出上层液体,D正确。
5.D 乙醇与水互溶,不能萃取溴水中的溴,A错误;萃取操作完成后,分液漏斗中下层液体从下口放出,上层液体从上口倒出,B错误;萃取操作完成后,水层的位置取决于水和有机溶剂的密度的相对大小,若有机溶剂的密度小于水的密度,则水层在下层,反之则水层在上层,C错误;萃取时,所加入的溶剂应与原溶剂不互溶,且与溶质不反应,D正确。
6.D 液溴和四氯化碳互溶,甘油和乙酸互溶,烧碱溶液和乙醇互溶,不能用分液漏斗分离,A、B、C三项不符合题意;苯和蒸馏水不互溶,可以用分液漏斗分离,D项符合题意。
7.D 乙酸异戊酯的密度比水小且难溶于水,分层后水层在下层,应先将水层从分液漏斗的下口放出,再将上层的乙酸异戊酯从上口倒出。
8.D 用重结晶法提纯苯甲酸的实验步骤为加热溶解→趁热过滤→蒸发浓缩、冷却结晶→过滤,所以实验中需要用到漏斗,不需要分液漏斗、冷凝管和酸式滴定管。
9.B 粗苯甲酸加热溶解后,考虑到过滤时溶液与环境的温差较大,易使苯甲酸晶体提前析出,滞留在过滤器中,故需在过滤前适当稀释,不能直接过滤,A项错误;趁热过滤后,用冰盐水冷却形成的结晶很小,表面积大,吸附的杂质多,C项错误;重结晶过程中温度太低,杂质的溶解度也会降低,部分杂质也会析出,D项错误。
10.D 根据重结晶的实验原理可知,如果低温条件下产品在溶剂中极易溶解,则该物质很难结晶析出。
规律方法
结晶的三种类型
(1)蒸发结晶:将溶剂蒸发获取晶体,此法适用于溶解度随温度变化不大的物质,如海水晒盐。
(2)降温结晶:将热的饱和溶液慢慢冷却后析出晶体,此法适用于溶解度随温度变化较大的物质,如从NaCl、KNO3的混合液中得KNO3晶体。
(3)重结晶:将待提纯固体混合物用蒸馏水溶解,经过滤、蒸发浓缩、冷却等步骤,再次析出晶体,得到更纯净的晶体的过程,如提纯粗苯甲酸。
11.D 通常重结晶要求被提纯的物质在溶剂中的溶解度受温度的影响较大,能够进行冷却结晶,故最宜采用Z作溶剂。
12.C 本题为情境信息题,主要考查选择合适的分离、提纯方法。解答基本思路:阅读题目,提取有用信息→结合被提纯物质与杂质性质的差异,确定合适的分离、提纯方法→结合选项解答问题。根据乙酰苯胺在水中的溶解度表,可知乙酰苯胺在水中的溶解度随温度变化较大,而氯化钠的溶解度随温度变化较小,故采用重结晶法提纯乙酰苯胺;根据已知信息①②可知,乙酰苯胺在乙醇中室温下溶解度大,NaCl可分散在乙醇中形成胶体,故不能选乙醇作溶剂通过重结晶法提纯乙酰苯胺。
能力提升练
1.B 2.A 3.B
1.B 溴水与1-己烯发生加成反应生成1,2-二溴己烷,1,2-二溴己烷易溶于己烷,不能使用分液的方法分离,A项错误;苯和对二甲苯互溶,但两者沸点相差较大,可用蒸馏的方法进行分离,B项正确;苯甲酸在冷水中溶解度很小,在热水中的溶解度较大,即苯甲酸在水中的溶解度受温度的影响较大,而NaCl在水中的溶解度较大,可用重结晶法除去苯甲酸固体中的NaCl,原理错误,C项错误;苯和硝基苯互溶,不能用分液法分离,D项错误。
方法技巧
有机化合物分离、提纯方法的选择
(1)首先要熟记各种分离、提纯方法的适用范围。常见的分离、提纯有机物的方法及适用范围如下表:
方法 适用范围
分液 互不相溶的两种液体
萃取 同温度下溶质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度相差很大
蒸馏 互溶的液态有机物,沸点相差较大(一般大于30 ℃)且热稳定性强
重结晶 固体混合物,被提纯有机物在溶剂中的溶解度受温度影响较大,杂质在溶剂中的溶解度很大或很小
(2)根据给定混合物的状态,溶解性,熔、沸点的差异等,选择合适的方法即可。
2.A 为防止反应物受热挥发损失,应先从冷凝管接口b处通水,再加热至反应温度,A错误;该实验反应温度在100 ℃以下,适宜水浴加热,以便控制温度,B正确;由实验原理可知,浓硫酸作催化剂和吸水剂,产物中有水,浓硫酸吸水,促进反应进行更完全,C正确;反应结束后,反应液中含苯甲醇、浓硫酸、HBr、溴化苄、H2O等,经选项中的系列操作后可得较纯净的溴化苄,D正确。
归纳总结
当反应混合物需要加热,且加热温度不超过100 ℃时,可使用水浴加热。水浴加热的优点:便于控制温度,且可使反应物均匀受热。
3.B 由流程可知,乙酸乙酯作萃取剂,从“提取液”得到“有机层”的实验操作为萃取、分液,A正确;减压蒸馏时若选用球形冷凝管,会有一部分馏分经冷凝后滞留在冷凝管中,而不能进入接收器中,B错误;过滤时所需玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒,C正确;常温下绿原酸难溶于水,易溶于有机溶剂,可利用重结晶的方法进一步提纯,D正确。
4.答案 (1)球形冷凝管
(2)吸收逸出的有机物,并防止倒吸
(3)水浴加热
(4)除去反应液中未反应完的反应物
(5)萃取扁桃酸 除去扁桃酸中的水
(6)75.7%
解析 (1)图中仪器C的名称是球形冷凝管。(2)装置B中有倒置的漏斗,且蒸馏出的有机物易溶于乙醇,所以其作用是吸收逸出的有机物,并防止倒吸。(3)步骤一中,温度需控制在55~60 ℃,则合适的加热方式是水浴加热。(4)步骤二中加入乙醚,是为了萃取反应液中未反应完的反应物。(5)步骤三中,“水相用50%的硫酸酸化至pH为2~3后,再每次用40 mL乙醚分两次萃取”,因为加酸后扁桃酸钠转化为扁桃酸,所以用乙醚的目的是萃取扁桃酸;为了除去扁桃酸中混有的少量水,加入适量无水硫酸钠。(6)该实验中,0.1 mol(约10.1 mL)苯甲醛理论上可生成0.1 mol扁桃酸,则其产率为×100%≈75.7%。
